Nghiên cứu ứng dụng các chế phẩm sinh học làm tăng khả năng xử lý Cr trong nước thải xi mạ

Bên cạnh sự phát triển mạnh mẽ của quá trìnhcông nghiệp hóa đất nước, chất thải công nghiệp cũng ngày một gia tăng về khốilượng, đa dạng về chủng loại gây ảnh hưởng xấu đến môi trường cũ

Họ và tên sinh viên: Võ Văn Trung

MSSV : 107111196……… Lớp: 07DSH02

Địa chỉ : 129/1 Bình Quới, P 27, Q Bình Thạnh

E-mail : vovantrung3041989@gmail.com

Ngành : Công Nghệ Sinh Học Chuyên ngành : Môi Trường Và Công Nghệ Sinh Học

Tên đề tài:’’ Nghiên cứu ứng dụng các chế phẩm sinh học làm tăng khả năng xử lí

Crom trong nước thải xi mạ’’

Giảng viên hướng dẫn: Th s Vũ Hải Yến

Công Nghệ TP.HCM Để hoàn thành tốt được luận văn này, em chân thành cảm ơnquý thầy cô đã cố gắng truyền đạt cho em những kiến thức quý báu

Đặt biệt trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, em đã được sự hướng dẫn, giúp đỡchỉ bảo ân cần của cô Th.S Vũ Hải Yến Mặc dù rất bận rộn với công việc , xong côluôn dành thời gian giúp đỡ em trong mọi khó khăn Em xin cảm ơn và biết ơn sâu sắctình cảm ,công sức mà cô đã dành cho em

Cũng trong dịp này em cũng cảm ơn sâu sắc đến thầy Thành, Thầy Dũng đã tạo mọiđiều kiện để em dung các dụng cụ cũng như các hóa chất trong phòng thí nghiệm Emcũng cảm ơn các bạn học cùng lớp đã giúp đỡ em hoàn thành tốt bài luận văn này

Em cũng gửi lời biết ơn sâu sắc đến ông, bà, me, anh chị em trong nhà đã tạo mọi điềukiện cũng như theo dõi việc học của em, để em có được kết quả ngày hôm nay

Sinh viên

VÕ VĂN TRUNG

KLN : Kim loại năng

TP HCM : Thành Phố Hồ Chí Minh

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

BOD : Biochemical Oxygen Demand

COD : Chemical Oxygen Demand

EDTA : Ethylenediaminetetraacetic acid

IARC : International Agency for Research on CancerSHA : Secure Hash Algorithm

EM : Chế phẩm sinh học BIO – EMS

DW : Chế phẩm sinh học BIO – DW

CL : Chế phẩm Active Cleaner

HH : Hỗn hợp gồm 3 chế phẩm

RCBD : Randomized Complete Block Desig

ĐHKTCN : Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ

45

46

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1

1.3.Nội dung nghiên cứu 3

1.4.Phương pháp nghiên cứu: 4

1.4.1Phương pháp thực nghiệm 4

1.7.Phạm vi đề tài: 5

1.8.Phương hướng mở rộng của đề tài 5

1.9.Cấu trúc đồ án 5

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN NGÀNH XI MẠ 6

2.1 Tổng quan về ngành xi mạ 6

2.1.1 Tổng quan về xi mạ 6

2.1.3 Đặc tính của nước thải ngành xi mạ 9

2.4 Các phương pháp xi mạ 18

2.5.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 21

Xạ khuẩn (Actinomycetes) : 29

CHƯƠNG 3 : VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 37

3.1 Vị trí địa lí, thời gian và khí hậu khu vực tiến hành thí nghiệm 37

3.4 Phương thức lấy mẫu và xử lý mẫu 46

3.4.1 Lấy mẫu và xử lý mẫu ban đầu 46

3.5 Phương pháp phân tích: 46

6.1 Kết luận 87

6.2 Kiến nghị 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 89

Xi mạ là một trong những ngành sản xuất thiết yếu nhưng gây ra sự ô nhiễm môitrường Hiện nay, ngày càng nhiều phân xưởng xi mạ được mở ra nhằm đáp ứng nhucầu thị trường Thế nhưng hầu như các nhà quản lý chỉ quan tâm đến vấn đề lợi nhuậntrong khi đó rất xem nhẹ, hoặc gần như không hề lưu tâm đến vấn đề môi trường Cácphân xưởng xi mạ không bố trí các công trình xử lý nứơc thải mà thải thẳng ra ngoàimôi trường

Tại thành phố Hồ Chí Minh, hơn 80% nước thải của các nhà máy, cơ sở xi mạ khôngđược xử lý Chính nguồn thải này đã và đang gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môitrường nước mặt, ảnh hưởng đáng kể chất lượng nước sông Sài Gòn và sông ĐồngNai Ước tính, lượng chất thải các loại phát sinh trong ngành công nghiệp xi mạ trongnhững năm tới sẽ lên đến hàng ngàn tấn mỗi năm Điều này cho thấy các khu vực ônhiễm và suy thoái môi trường ở nước ta sẽ còn gia tăng nếu không kịp thời đưa ra cácbiện pháp hữu hiệu

Trong nội bộ Đồ án này chưa có điều kiện tính toán cụ thể chi phí để xây dựng và vậnhành trạm xử lý trên Tuy nhiên cần nhấn mạnh rằng, dù chi phí ban đầu có thể là đáng

kể nhưng lợi ích môi trừong mà nó đem lại về lâu dài là rất lớn và rất đáng để đầu tư.Chính vì vậy việc thuyết phục các nhà quản lý thấy được tầm quan trọng của việc bảo

vệ môi trường cũng như làm mọi người dân nói chung hiểu điều đó là một công việc

mà các nhà môi trường học cần hướng tới

Qua thực tế trong những năm gần nay cho thấy, Việt Nam là một nước có tốc

độ phát triển kinh tế cao trong khu vực Bên cạnh sự phát triển mạnh mẽ của quá trìnhcông nghiệp hóa đất nước, chất thải công nghiệp cũng ngày một gia tăng về khốilượng, đa dạng về chủng loại gây ảnh hưởng xấu đến môi trường cũng như sức khỏecủa con người, đòi hỏi con người phải có nhận thức đúng đắn và đầu tư thích đángcho vấn đề xử lý nhằm phát triển kinh tế song song với việc bảo vệ môi trường sốngcủa chính mình

Ngày nay nước thải của ngành xi mạ phát sinh không nhiều, nồng độ các chất hữu

cơ thấp nhưng hàm lượng các kim loại nặng lại rất cao Chúng là độc chất tiêu diệtcác sinh vật phù du, gây bệnh cho cá và biến đổi các tính chất lý hoá của nước, tạo ra

sự tích tụ sinh học đáng lo ngại theo chiều dài chuỗi thức ăn Ngoài ra còn ảnh hưởngđến chất lượng cây trồng, vật nuôi, canh tác nông nghiệp, làm thoái hoá đất do sựchảy tràn và thấm của nước thải.Nước thải từ các quá trình xi mạ kim loại, nếu khôngđược xử lý, qua thời gian tích tụ và bằng con đường trực tiếp hay gián tiếp sẽ tồnđọng trong cơ thể con người và gây các bệnh nghiêm trọng như viêm loét da, viêmđường hô hấp, ung thư,

Để giảm bớt đi những thiệt hại đáng kể đó đã có nhiều biện pháp xử lý được đạt

ra nhưng nó lại rất tốn kém và không hiệu quả về kinh tế vì vậy phương pháp là dùng

các chế phẩm sinh học để làm tăng khả năng xử lí Crom trong nước thải xi mạ ,nhưng

nó có thật sự xử lý được hay không,có đem lại hiệu quả kinh tế không thì chúng ta

hãy cùng nhau tìm hiểu đề tài”NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC CHẾ PHẨM SINH HỌC LÀM TĂNG KHẢ NĂNG XỬ LÍ CROM TRONG NƯỚC THẢI XI

MẠ “Những biện pháp hóa học đã cho thấy khả năng tạo ra các sản phẩm phụ độc hại và kém hiệu quả về mặt kinh tế Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng một

số chế phẩm sinh học làm tăng hiệu quả xử lý Crôm Cr 6+ trong nước thải xi mạ”

được thực hiện với mục đích tìm ra một giải pháp hiệu quả và kinh tế, thân thiện với

môi trường

1.2 Mục tiêu đề tài:

• Xác định nồng độ Crom thích hợp để vi sinh vật sống

• Xác định ở thời gian lưu nước bao lâu thì hiệu quả xử lí là tốt nhất

• Ở nồng độ bao nhiêu thì vi sinh vật xử lí tốt nhất

1.3. Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu về đặc tính hóa học, dạng tồn tại của Cr trong nước thải xi mạ, ảnhhưởng của nước thải xi mạ đến môi trường

Nghiên cứu một chế phẩm sinh học trên thị trường, các chủng vi sinh vật và phạm

vi sử dụng

Thiết lập mô hình xử lý Cr bằng 3 chế phẩm sinh học : Cleaner, EMS, DW

Bio-Xác định nồng độ Cr tối đa vi sinh vật xử lý được

So sánh hiệu quả giữa các chế phẩm sinh học

- Phân tích hàm lượng crom có trong nước thải mà vi sinh vật có thể sống

- Xác định ngưỡng độ gây chết vi sinh vật

- Thu kết quả sau khi xử lí và tiến hành phân tích

1.4 Phương pháp nghiên cứu:

Để hoàn thành tốt các nôi dung đã nêu, cần tiến hành các phương pháp sau:

1.4.1 Phương pháp thực nghiệm

Thí nghiệm 1:Thích nghi vi sinh vật

Thí nghiệm 2: Khảo sát nồng độ Cr tối ưu mà vi sinh vật có khả năng xử lý ở các

nồng độ 1, 2, 4, 6, 10mg

Thí nghiệm 3:Khảo sát thời gian lưu nước tối ưu ở mức 5 ngày.

- Các phương pháp lấy mẫu, phân tích mẫu để xác định thành phần đặc trưng cótrong mẫu nước thải xi mạ

- Phương pháp so sánh (So sánh với TCVN, so sánh với chất thải đầu vào,….)

- Phương pháp phân tích tổng hợp và lồng ghép trong việc viết báo cáo

- Phương pháp xử lý số liệu thống kê

1.4.2 Phương pháp luận:

Dựa vào việc Cr cũng là 1 nguồn dinh dưỡng thiết yếu cho vi sinh vật, đề tàinghiên cứu khả năng thích nghi và ngưỡng chịu đựng của vi sinh vật trong môitrường có nồng độ Cr cao

Hầu như KLN điều tồn tại trong nước ở dạng ion.Chúng phát sinh từ nhiều nguồn khácnhau trong đó chủ yếu là nghành công nghiệp nặng xử lý cho các nghành công nghiệpnặng ngày nay là điều rất cấp bách và cần thiết

1.5 Đối tượng nghiên cứu :

Xử lý nước thải chứa Cr bằng chế phẩm…

- Chế phẩm sinh học của công ty Vi Sinh Môi Trường, chế phẩm Cleaner

- Nước thải chứa Crom

- Thời gian nghiên cứu

1.6 .Ý nghĩa đối với khoa học và thực tiễn:

• Khi đã chứng thực được, tiến hành xây dụng mô hình xử lý tối ưu nhất.

1.7. Phạm vi đề tài:

-Không gian: đề tài tiến hành Quận Bình Thạnh, TP HCM

-Thời gian bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 6./2011

1.8 Phương hướng mở rộng của đề tài

-Mở rộng nghiên cứu với nhiều loại nước thải.

-Mở rộng nghiên cứu với nhiều chế phẩm sinh học khác nhau

- Mở rộng nghiên cứu với nhiều loại KLN

1.9 Cấu trúc đồ án

-Chương 1: Mở Đầu

-Chương 2: Tổng quan ngành xi mạ

-Chương 3: Vật liệu và phương pháp

-Chương 4: Kết quả nghiên cứu

-Chương5: Đánh giá và thảo luận

-Chương 6: Kết luận- kiến nghị- tài liệu tham khảo

Nước thải từ xưởng xi mạ có thành phần đa dạng về nồng độ và

pH biến đổi rộng từ rất axit 2-3, đến rất kiềm 10-11 Đặc trưng chung của nướcthải ngành mạ là chứa hàm lượng cao các muối vô cơ và kim loại nặng Tuỳtheo kim loại của lớp mạ mà nguồn ô nhiễm có thể là Cu, Zn, Cr, Ni,… và cũngtuỳ thuộc vào loại muối kim loại được sử dụng mà nước thải có chứa các độc tốnhư xianua, sunfat, amoni, crômat,… Các chất hữu cơ ít có trong nước thải xi

mạ, phần chủ yếu là chất tạo bông, chất hoạt động bmặt … nên BOD, CODthường thấp và không thuộc đối tượng xử lý Đối tượng xử lý chính là các ion

vô cơ mà đặc biệt là các muối kim loại nặng như Cr, Ni, Cu, Fe,Zn,…

Nước thải nên tách riêng thành 3 dòng riêng biệt:

- Dung dịch thải đậm đặc từ các bể nhúng, bể ngâm

- Nước rửa thiết bị có hàm lượng chất bẩn trung bình (muối kim loại, dầu mỡ

và xà phòng,…

- Nước rửa loãng

Để an toàn và dễ dàng xử lý, dòng axit crômic và dòng cyanidenên tách riêng Chất gây ô nhiễm nước thải xi mạ có thể chia làm vài nhóm sau:

o Chất ô nhiễm độc như cyanide CN-, Cr (VI), F-,…

o Chất ô nhiễm làm thay đổi PH như dòng axit vàkiềm

o Chất ô nhiễm hình thành cặn lơ lửng như hydroxit,cacbonat và photphat

o Chất ô nhiễm hữu cơ như dầu mỡ, EDTA …

Các cuộc khảo sát cho thấy các quá trìnhtrong ngành xử lý kim loại khá đơn giản và tương tự nhau Nguồn chất thảinguy hại phát sinh từ quá trình làm mát, lau rửa và đốt cháy dầu Xử lý kim loạiđòi hỏi một số hoá chất như axit sunfuric, HCl, xút,…để làm sạch bề mặt kimloại trước khi mạ Thể tích nước thải được hình thành từ công đoạn rửa bề mặt,làm mát hay làm trơn các bề mặt kim loại khá lớn, gây ô nhiễm nguồn nước vàảnh hưởng đến sức khoẻ cộng đồng

Bảng 2.1 Thành phần và đặc tính nước thải cơ sở xi mạ ở TPHCM.

Chỉ tiêu Đơn vị Nồng độ TCVN

5945-1995Cột B Cột C

2.1.2 Công đoạn xi mạ

Công nghệ xử lý bề mặt (xi mạ) thường bao gồm các công đoạn sau:

- Bề mặt của vật liệu cần mạ phải được làm sạch để lớp mạ có độ bám dính cao

và không có khuyết tật Để làm sạch bề mặt trước hết phải tẩy rửa lớp mỡ bảoquản trên bề mặt bằng cách tẩy rửa với dung môi hữu cơ hoặc với dung dịchkiềm nóng Dung môi thường sử dụng là loại hydrocacbon đã được clo hoá nhưtricloetylen, percloetylen Dung dịch kiềm thường là hỗn hợp của xút, soda,trinatri photphat, popyphotphat, natri silicat và chất hoạt động bề mặt (tạo nhũ)

- Hoạt hoá bề mặt của vật liệu mạ bằng cách nhúng chúng vào dung dịch axitloãng (H2SO4, HCl), nếu mạ với dung dịch chứa xianua (CN) thì chúng đượcnhúng vào dung dịch natri xianua

- Giai đoạn mạ được tiến hành sau đó, dung dịch mạ ngoài muối kim loại cònchứa axit hoặc kiềm đối với trường hợp mạ có chứa xianua

Sau từng bước, vật liệu mạ đều được tráng rửa với nước Một số dung dịch mạ

có các thành phần chủ yếu sau:

o Dung dịch chì: axit + muối chì (II) dạng borflorua hoặc silicoflorua

o Dung dịch chì- thiếc: axit, muối chì, thiếc (II) dạng borflorua

o Dung dịch đồng hun: dung dịch xianua trong đó đồng nằm trong phứcxianua và thiếc trong phức hydroxo Ngoài ra dung dịch còn chứa xianua tự

o Dung dịch vàng: dung dịch xianua, vàng nằm trong phức NaAu(CN)2 vàxianua tự do Có thể sử dụng phức vàng-sunfit.

o Dung dịch đồng: axit + đồng sunfat hoặc đồng borflorua

o Dung dịch đồng xianua (phức) và xianua tự do, dung dịch đồng dạngpolyphotphat và muối amoni

o Dung dịch niken: muối niken sunfat, clorua và axit yếu (axit boric) hoặcdung dịch niken trên nền của axit amonisulfonic

o Dung dịch bạc: dung dịch bạc xianua hoặc dung dịch bạc thisunfat

o Dung dịch kẽm: phức kẽm xianua và xianua tự do hoặc kẽm sunfat,clorua với axit boric hoặc muối amoni làm chất đệm

Một ví dụ về công nghệ xi mạ phụ tùng xe đạp và xe máy ở thành phố Hồ ChíMinh:

Nguyên liệu  ngâm HCl  thùng quay NaOH  mài cát  nấu NaOH (tẩy bềmặt)  mạ Niken  mạ Crôm  ly tâm  sấy khô  thành phẩm

2.1.3 Đặc tính của nước thải ngành xi mạ

Nước thải trong các cơ sở xi mạ chứa thành phần rất độc hại đối với con người, sinhvật và môi trường Trong đó, nước thải sinh ra chủ yếu từ quá trình tẩy rửa sản phẩm,bình thường cần đến 2m3 cho 1m2 sản phẩm (Hoàng, 2001) Vì rửa là công đoạn rấtcần thiết nhằm tránh hóa chất từ bể này theo vật liệu sang bể khác, tăng độ dính bámcủa lớp mạ, loại bỏ hết hóa chất khỏi sản phẩm để đảm bảo vẻ đẹp và độ bền cho hànghóa Như vậy, trong công nghệ xi mạ, rửa là một khâu quan trọng quyết định lươngnước tiêu thụ cho sản xuất cũng như tải lượng chất ô nhiễm tải ra môi trường Do đó,tổng lượng nước tiêu thụ sẽ rất lớn, đồng thời lượng nước thải mang nhiều hóa chất độc hại cần xử lý cũng không nhỏ.

Nước từ xưởng mạ thải ra có thành phần rất đa dạng, nồng độ lại thay đổi rất rộng, pHcũng biến động luôn từ axit đến trung tính hoặc kiềm Tuy nhiên, nước thải từ xưởng

mạ được phân riêng làm 3 loại: nước thải kiềm – axit, nước thải crom và nước thảixyanua

- Nước thải kiềm- axit: chứa các loại axit như H2SO4, HCL, HNO3, HF hoặc cácloại kiềm như NaOH, Na2CO3 Ngoài ra, trong dòng nước thải này còn chứacác kim loai như Fe, Cu, Ni, Zn…và các loại muối của chúng Giá trị pH trongdòng nước thải này dao động 1-2 đến 12- 14

- Nước thải xyanua: ngoài CN tự do còn có phức xyanua, các chất hữu cơ và một

số tạp chất cơ học Nồng độ xyanua dao động từ 5-300mg/l, nồng độ tổng cáckim loại khoảng 30-70mg/l, giá trị ph> 7 Nước thải xyanua gặp nước thải axithay nước thải crom (có lẫn axit) sẽ sing ra khí HCN rất độc, vì vậy cần phảiđược tách riêng

- Nước thải crom: ngoài thành phần chính là Cr6+ còn có Fe, Ni, Cu, Zn…H2SO4, HCL,H NO3 , tạp chất cơ học nồng độ tổng các chất ô nhiễm trongnước thải dao động trong khoảng 30-300mg/l, giá trị pH từ 1-7 Nước thải cromđặc có thể xử lý dễ dàng và triệt để hơn, vì vậy không nên pha loãng chúngbằng nước thải axit hoặc nước thải khác

Ngoài ra trong nước thải còn chứa lẫn cả dầu mỡ, chất huyền phù, đất cát, gỉsắt,… các dung dịch cũ, hỏng… Các chất hữu cơ thường có rất ít tronh nướcthải xi mạ, chỉ có số ít chất tạo bóng, chất hoạt đông bề mặt…

Như vậy, đặc trưng chung của nước thải ngành xi mạ là chứa hàm lượng caocác muối vô cơ và kim loại nặng Tùy theo kim loại của lớp mạ mà nguồn ô

nhiễm chính có thể là đồng, kẽm, niken và cũng tùy thuộc vào từng loại muốikim loại sử dụng mà nước thài chứa các độc tố khác như Xyanua, muốiSunphat, Cromat, Amoni

Bảng 2.2 Nguồn và thành phần gây ô nhiễm trong nước thải xi mạ

Nguồn thải Thành phần gây ô nhiễm

Quay bóng

ướt

Nước thải axit Sunfuaric, các chất hoạt động bề mặt

Tẩy dầu mỡ Các chất dầu mỡ, dung môi

Tẩy gỉ Dung dịch axit

Mạ Niken Nước thải chứa kim loại nặng, muối Niken, muối Florua, axit Boric,

axit Sunfuaric

Mạ Crom Nước thải có chứa cromat, axit sunfuaric, axit cromic

(Nguồn: Thùy Trang, 2005)

Nhìn chung, đặc tính của nước thải công nghiệp xi mạ của các nhà máy trên thếgiới không ổn định Tùy thuộc vào công nghệ sản xuất mà có các ion đặc trưng,với mỗi công nghệ như mạ Đồng, Kẽm, Niken hay Crom,… thì nồng độ đặctrưng của các ion trong nước thải rất cao Với điều kiện như vậy, khi xử lý nướcthải ta nên tách nước thải thành các công đoạn nhằm đưa ra phương pháp xử lýphù hợp

2.2 Ô nhiễm môi trường của nước thải xi mạ:

2.2.1 Ảnh hưởng đến môi trường:

- Là độc chất đối với cá và thực vật nước

- Tiêu diệt các sinh vật phù du, gây bệnh cho cá và biến đổi các tính chất lí hoácủa nước, tạo ra sự tích tụ sinh học đáng lo ngại theo chiều dài chuỗi thức ăn.Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy, với nồng độ đủ lớn, sinh vật có thể bịchết hoặc thoái hóa, với nồng độ nhỏ có thể gây ngộ độc mãn tính hoặc tích tụsinh học, ảnh hưởng đến sự sống của sinh vật về lâu về dài

- Ảnh hưởng đến đường ống dẫn nước, gây ăn mòn, xâm thực hệ thống cốngrãnh.

- Ảnh hưởng đến chất lượng cây trồng, vật nuôi canh tác nông nghiệp, làm thoáihoá đất do sự chảy tràn và thấm của nước thải

- Ảnh hưởng đến hệ thống xử lý nước thải, cần tách riêng nếu không sẽ ảnhhưởng đến hoạt động của vi sinh vật khi thực hiện xử lý sinh học

2.2.2 Ảnh hưởng đến con người:

Ô nhiễm kim loại nặng đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng, kim loại nặng có khảnăng tích lũy trong cơ thể sinh vật và gây hại cho thực vật, động vật và con người.Điểm khác biệt của kim loại nặng so với các chất ô nhiễm khác là chúng không bịphân hủy mà tích lũy lại trong môi trường, nhiều nhất là trong đất và bùn đáy

biếng ăn, kém phát triển, tổn thương về da và không phát triển giới tính Còn trongthực vật, triệu chứng thiếu kẽm đó là cây phát triển cằn cỗi, không cân đối giữa thâncây và lá, và thường được nhận biết bởi phiến lá nhỏ, có những chấm đỏ tím ở trên lá.Dung lượng kẽm trong thực vật khác nhau tùy mỗi loài; tùy thuộc vào chức năng củanhững yếu tố nhiệt độ, đất và còn phụ thuộc vào loại gen Mức độ xuất hiện kẽm và sựphân loại các mô hình lá trưởng thành có thể đưa ra như sau:

Thiếu: Lượng kẽm nhỏ hơn 10 - 20mg/ 1kg

Đủ: Giữa 25 - 150mg/ 1kg

Thừa: > 400mg/ 1kg, sẽ gây độc

Bảng 2.3 Thành phần Zn trong nước thải qua cống rãnh

Thành phần nguyên tố Đất (mg/kg) Nước thải (mg/kg)

USA Europe

Tuy nhiên, nhiều tác giả khác nhau lại đề cập đến những thông số về mức độ xuất hiệncủa kẽm trong các loài thực vật khác nhau Kẽm trong bùn thải có nguồn gốc từ nhữnghoạt động sản xuất công nghiệp, rác thải đô thị Trong bùn thải, Zn tồn tại dưới dạngthể rắn và được tạo thành trong quá trình xử lý nước thải Lượng Zn trong bùn thải

thường cao gấp nhiều lần Zn trong đất: Từ 700-49000mg/kg (Độc học môi trường, Lê

Huy Bá, 2000).

Kẽm được sử dụng trong sản xuất các hợp kim, thuốc nhuộm, dây cáp, phân bón vàthuốc bảo vệ thực vật

Các muối kẽm hòa tan đều độc, khi bị ngộ độc sẽ cảm thấy miệng có vị kim loại, đaubụng, mạch chậm, co giật…

 Thủy ngân

Thủy ngân là kim loại có thể tạo muối ở dạng ion Thủy ngân cũng có ở dạng các hợpchất hữu cơ thủy ngân, sử dụng trong nông nghiệp (thuốc chống nấm) và công nghiệp(làm điện cực) Thủy ngân còn có trong các chất thải công nghiệp, phân hóa học,…

Hầu hết các kim loại đều tan trong thủy ngân kể cả vàng trừ Fe và Pt Thủy ngân vô cơtác động chủ yếu đến thận, trong khi đó methyl thủy ngân ảnh hưởng chính đến hệthần kinh trung ương

Xi mạ là ngành có mật độ gây ô nhiễm môi trường cao bởi hơi hóa chất, nước thải

có chứa các ion kim loại nặng, kim loại độc ảnh hưởng tới sức khỏe con người gâynên nhiều căn bệnh khó chữa, nguy hiểm tới tính mạng Nước thải từ các quá trình

xi mạ kim loại, nếu không được xử lý, qua thời gian tích tụ và bằng con đường trựctiếp hay gián tiếp, chúng sẽ tồn đọng trong cơ thể con người và gây các bệnhnghiêm trọng, như viêm loét da, viêm đường hô hấp, eczima, ung thư,

Trong khuôn khổ của Đồ án này chỉ chú trọng vào tính chất gây ô nhiễm môitrường của nước thải xi mạ do độc tính của Crôm.

2.2.3 Độc tính của Crôm:

Mặc dù Crôm tồn tại ở nhiều trạng thái khác nhau, chỉ có Cr(III) và Cr(VI) gây ảnhhưởng lớn đến sinh vật và con người

2.2.3.1 Đường xâm nhập và đào thải:

Crôm xâm nhập vào cơ thể theo 3 đường: hô hấp, tiêu hóa và qua da Cr(VI) được

cơ thể hấp thu dễ dàng hơn Cr(III) nhưng khi vào cơ thể Cr(VI) sẽ chuyển thànhdạng Cr(III) Dù xâm nhập vào cơ thể theo bất cứ đường nào, Crôm cũng được hòatan trong máu ở nồng độ 0.001mg/ml, sau đó được chuyển vào hồng cầu và sự hòatan ở hồng cầu nhanh hơn 10-20 lần Từ hồng cầu, Crôm được chuyển vào các tổchức và phủ tạng Crôm gắn với Sidero filing albumin và được giữ lại ở phổi,xương, thận, gan, phần còn lại thì qua phân và nước tiểu Từ các cơ quan phủ tạng,Crôm lại được hòa tan dần vào máu, rồi được đào thải qua nước tiểu từ vài thángđến vài năm Do đó nồng độ Crôm trong máu và nước tiểu biến đổi nhiều và kéodài

2.2.3.2 Tác động đến sức khoẻ:

Qua ngiên cứu người ta thấy Crôm có vai trò sinh học như chuyển hóa glucose,protein, chất béo ở động vật hữu nhũ Dấu hiệu của thiếu hụt Crôm ở người gồm cógiảm cân, cơ thể không thể loại đường ra khỏi máu, thần kinh không ổn định Tuynhiên với hàm lượng cao Crôm làm giảm protein, axit nucleic và ức chế hệ thốngmen cơ bản

Cr(VI) độc hơn Cr(III) IARC đã xếp Cr(VI) vào nhóm 1, Cr(III) vào nhóm 3 đốivới các chất gây ung thư Hít thở không khí có nồng độ Crôm (ví dụ axit crômichay Cr(III) trioxit) cao (>2μg/m3) gây kích thích mũi làm chảy nước mũi, hensuyễn dị ứng, ung thư (khi tiếp xúc với Crôm có nồng độ cao hơn 100-1000 lầnnồng độ trong môi trường tự nhiên) Ngoài ra Cr(VI) còn có tính ăn mòn, gây dịứng, lở loét khi tiếp xúc với da.

2.2.3.3 Nồng độ giới hạn:

US EPA giới hạn nồng độ tối đa cho phép của Cr(VI) và Cr(III) trong nước uống là

100 μg/l

Quy định của SHA về nồng độ của Crôm trong không khí tại nơi làm việc là:

Giới hạn tiếp xúc nghề nghiệp cho ngày làm việc 8 giờ, tuần làm việc 40 giờ là

500 μg/m3 đối với Crôm tan trong nước và 1000 μg/m3 đối với Crôm kim loại vàmuối không tan

Nồng độ của Crôm trioxit (axit crômic) và các hợp chất của Cr(VI) trong khôngkhí tại nơi làm việc không cao hơn 52 μg Cr(VI)/m3 cho ngày làm việc 10 giờ,tuần 40 giờ

 NIOSH xem tất cả hợp chất Cr(VI) có tiềm năng gây ung thư nghề nghiệp vàđưa ra giới hạn nồng độ tiếp xúc là 1 μg Cr(VI)/m3 cho ngày làm việc 10 giờ,tuần 40 giờ

2.3 Hiện trạng ô nhiễm môi trường do công nghiệp xi mạ tại Việt Nam:

Kết quả các nghiên cứu gần đây về hiện trạng môi trường ở nước ta chothấy, hầu hết các nhà máy, cơ sở xi mạ kim loại có quy mô vừa và nhỏ, áp dụngcông nghệ cũ và lạc hậu, lại tập trung chủ yếu tại các thành phố lớn, như Hà

Nội, Hải Phòng, TP.HCM, Biên Hoà (Đồng Nai) Trong quá trình sản xuất,tại các cơ sở này (kể cả các nhà máy quốc doanh hoặc liên doanh với nướcngoài), vấn đề xử lý ô nhiễm môi trường còn chưa được xem xét đầy đủ hoặcviệc xử lý còn mang tính hình thức, chiếu lệ, bởi việc đầu tư cho xử lý nướcthải khá tốn kém và việc thực thi Luật Bảo vệ môi trường chưa được nghiêmminh.

Nước thải mạ thường gây ô nhiễm bởi các kim loại nặng, như crôm,niken và độ pH thấp Phần lớn nước thải từ các nhà máy, các cơ sở xi mạđược đổ trực tiếp vào cống thoát nước chung của thành phố mà không qua xử lýtriệt để, đã gây ô nhiễm cục bộ trầm trọng nguồn nước

Kết quả khảo sát tại một số nhà máy cơ khí ở Hà Nội cho thấy, nồng độchất độc có hàm lượng các ion kim loại nặng, như crôm, niken, đồng đều caohơn nhiều so với tiêu chuẩn cho phép; một số cơ sở mạ điện tuy có hệ thống xử

lý nước thải nhưng chưa chú trọng đầy đủ đến các thông số công nghệ của quátrình xử lý để điều chỉnh cho phù hợp khi đặc tính của nước thải thay đổi TạiTP.HCM, Bình Dương và Đồng Nai, kết quả phân tích chất lượng nước thải củacác nhà máy, cơ sở xi mạ điển hình ở cả 3 địa phương này cho thấy, hầu hết các

cơ sở đều không đạt tiêu chuẩn nước thải cho phép: hàm lượng chất hữu cơ cao,chỉ tiêu về kim loại nặng vượt nhiều lần tiêu chuẩn cho phép, COD dao độngtrong khoảng 320 - 885mg/lít do thành phần nước thải có chứa cặn sơn, dầunhớt

Hơn 80% nước thải của các nhà máy, cơ sở xi mạ không được xử lý.Chính nguồn thải này đã và đang gây ô nhiễm nghiêm trọng đến môi trườngnước mặt, ảnh hưởng đáng kể chất lượng nước sông Sài Gòn và sông Đồng Nai.Ước tính, lượng chất thải các loại phát sinh trong ngành công nghiệp xi mạ

trong những năm tới sẽ lên đến hàng ngàn tấn mỗi năm Điều này cho thấy cáckhu vực ô nhiễm và suy thoái môi trường ở nước ta sẽ còn gia tăng nếu khôngkịp thời đưa ra các biện pháp hữu hiệu.

2.4 Các phương pháp xi mạ

Phương pháp xử lý nước thải xi mạ phổ biến nhất là dùng phương pháp hoá học rồiđến trao đổi ion, phương pháp chưng cất, phương pháp điện thẩm tích Chọnphương pháp nào là tuỳ chỉ tiêu kinh tế - kĩ thuật cho phép, điều kiện môi trườngđịa phương, yêu cầu, mục đích dùng lại hoặc thải thẳng ra môi trường… Chọnphương pháp nào cũng phải bảo đảm chất lượng môi trường theo TCVN 5945-1995

Khi xử lý kim loại, cần thiết xử lý sơ bộ để khử đi các chất cản trở quá trình kếttủa Thí dụ như cyanide và ammonia hình thành các phức với nhiều kim loại làmgiảm hiệu quả quá trình kết tủa Cyanide có thể xử lý bằng chlorine hoá-kiềm,ammonia có thể khử bằng phương pháp chlorine hoá điểm uốn (breakthroughpoint), tách khí (air stripping) hoặc các phương pháp khác trước giai đoạn khử kimloại

Trong xử lý nước thải công nghiệp, kim loại nặng có thể loại bỏ bằng quá trình kếttủa hydroxit với chất kiềm hóa, hoặc dạng sulfide hay carbonat

Một số kim loại như arsenic hoặc cadmium ở nồng độ thấp có thể xử lý hiệu quảkhi cùng kết tủa với phèn nhôm hoặc sắt Khi chất lượng đầu ra đòi hỏi cao, có thể

áp dụng quá trình lọc để loại bỏ các cặn lơ lửng khó lắng trong quá trình kết tủa.Đối với Crôm VI (Cr6+), cần thiết tiến hành khử Cr6+ thành Cr3+ và sau đó kết tủavới vôi hoặc xút Hoá chất khử thông thường cho xử lý nước thải chứa Crôm làferrous sulphate (FeSO4), sodium-meta-bisulfit, hoặc sulfur dioxit Ferrous sulphate(FeSO4), sodium-meta-bisulfit có thể ở dạng rắn hoặc dung dịch SO2 ở dạng khínén trong các bình chịu áp Quá trình khử hiệu quả trong môi trường pH thấp Vìvậy các hoá chất khử sử dụng thường là các chất mang tính axit mạnh Trong quátrình khử, Fe2+ sẽ chuyển thành Fe3+ Nếu sử dụng meta-bisulfit hoặc sulfur dioxit,ion SO32- chuyển thành SO42-

Phản ứng tổng quát như sau:

Lượng axit cần thiết cho quá trình khử Cr6+phụthuộc vào độ axit của nước thảinguyên thuỷ, pH của phản ứng khử và loại hoá chất sử dụng

Xử lý từng mẻ (batch treatment) ứng dụng có hiệu quả kinh tế, khi nhà máy xi mạ

có lưu lượng nước thải mỗi ngày ≤ 100m3/ngày Trong xử lý từng mẻ cần dùng hai

loại bể có dung tích tương đương lượng nước thải trong một ngày Qngày Một bểdùng xử lý, một bể làm đầy.

Khi lưu lượng ≥ 100m3/ngày, xử lý theo mẻ không khả thi do dung tích bể lớn Xử

lý dòng chảy liên tục đòi hỏi bể axit và khử, sau đó qua bể trộn chất kiềm hoá và bểlắng Thời gian lưu nước trong bể khử phụ thuộc vào pH, thường lấy tối thiểu 4 lần

so với thời gian phản ứng lý thuyết Thời gian tạo bông thường lấy khoảng 20 phút

và tải trọng bể lắng không nên lấy ≥ 20m3/ngày

Trong trường hợp nước rửa có hàm lượng crôm thay đổi đáng kể, cần thiết có bểđiều hoà trước bể khử để giảm thiểu dao động cho hệ thống châm hoá chất

2.4.2 Phương pháp trao đổi ion:

Phương pháp này thường được ứng dụng cho xử lý nước thải xi mạ để thu hồiCrôm Để thu hồi axit crômic trong các bể xi mạ, cho dung dịch thải axit crômicqua cột trao đổi ion resin cation (RHmạnh) để khử các ion kim loại (Fe, Cr3+

, Al,…).Dung dịch sau khi qua cột resin cation có thể quay trở lại bể xi mạ hoặc bể dự trữ

Do hàm lượng Crôm qua bể xi mạ khá cao (105-120kg CrO3/m3), vì vậy để có thểtrao đổi hiệu quả, nên pha loãng nước thải axit crômic và sau đó bổ sung axitcrômic cho dung dịch thu hồi

Đối với nước thải rửa, đầu tiên cho qua cột resin cation axit mạnh để khử các kimloại Dòng ra tiếp tục qua cột resin anion kiềm mạnh để thu hồi crômat và thu nướckhử khoáng Cột trao đổi anion hoàn nguyên với NaOH Dung dịch qua quá trìnhhoàn nguyên là hỗn hợp của Na2CrO4 và NaOH Hỗn hợp này cho chảy qua cộttrao đổi cation để thu hồi H2CrO4 về bể xi mạ Axit crômic thu hồi từ dung dịch đãhoàn nguyên có hàm lượng trung bình từ 4-6% Lượng dung dịch thu được từ giaiđoạn hoàn nguyên cột resin cation cần phải trung hoà bằng các chất kiềm hoá, cáckim loại trong dung dịch kết tủa và lắng lại ở bể lắng trước khi xả ra cống

2.4.3 Phương pháp điện hóa:

Dựa trên cơ sở của quá trình oxy hoá khử để tách kim loại trên các điện cực nhúngtrong nước thải chứa kim loại nặng khi cho dòng điện một chiều chạy qua Phươngpháp này cho phép tách các ion kim loại ra khỏi nước mà không cần cho thêm hoáchất, tuy nhiên thích hợp cho nước thải có nồng độ kim loại cao (> 1g/l)

2.4.4 Phương pháp sinh học:

Dựa trên nguyên tắc một số loài thực vật, vi sinh vật trong nước sử dụng kimloại như chất vi lượng trong quá trình phát triển khối như bèo tây, bèo tổ ong,tảo,… Với phương pháp này, nước thải phải có nồng độ kim loại nặng nhỏ hơn

60 mg/l và phải có đủ chất dinh dưỡng (nitơ, phốtpho,…) và các nguyên tố vilượng cần thiết khác cho sự phát triển của các loài thực vật nước như rong tảo.Phương pháp này cần có diện tích lớn và nước thải có lẫn nhiều kim loại thì hiệuquả xử lý kém

2.5 Các nghiên cứu có liên quan

2.5.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Vấn đề xử dụng vi sinh vật để xử lý nước thải ở Việt Nam đang là một đề tài vô cùngmới mẻ Cũng có một số các nghiên cứu như:

 Nghiên cứu khả năng hấp thụ kim loại nặng( Cu, Pb, Zn ) trong nước của nấm

men Sacharomyces ceresiviae của Nguyễn Thị Hà, Trần Thị Hồng, Nguyễn

Thị Thanh Nhàn, Đỗ Thị Cẫm Vân, Lê Thị Thu Yến (Tạp chí khoa học Đại học

Quốc gia Hà Nội Khoa học Tự Nhiên và công nghệ 23(2007) 99-106 )

 Hàm lượng nền một số nguyên tố kim loại trong đất phủ khu vực

Tp.HCM (Nguyễn Chí Vũ, Trần Hồng Sáu, 1996)

 Hàm lượng kim loại nặng trong nước thải và bùn cặn của một số nhàmáy và song thoát nước ở Hà Nội (Lê Thủy, Nguyễn Thị Hiền, VũDương Quỳnh, Hà Mạnh Thắng- Tạp chí khoa học đất-số 07-2003)

 Nghiên cứu rửa chì ra khỏi đất của một số loại dung dich ( Cái Văn

Tranh, Phạm Văn Khang, - Tạp chí khoa hoc đất số 18-2003)

2.5.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Hiện nay, nhiều tác giả trên thế giới đã và đang nghiên cứu sâu hơn về cơ chế xử dụng

vi sinh vật để xử lí kim loai nặng

 Cary cùng đồng sự , 1997; Mc Grath, 1982: Quá trình hấp thụ Crom tăng khi

hàm lương crom hòa tan trong môi trường tăng

 Barcelo và cộng sự, 1986 Thực vật hấp thụ Cr6+ dễ dàng hơn Cr3+, đơn giản làdựa vào nồng độ tích tụ ở thực vật và một số cuộc khảo sát Cr6+gây độc chothực vật hơn Cr3+

 Foy và cộng sự (1978); Allinson và dzialo(1981) Sheoran và cộng sự và cộng

sự (1990) cho rằng các kim loại nặng như : Pb, Cd, Ni, Hg, Cr, bị phóng

thic1ch vào môi trường do quá trình công nghiệp như khai thác mỏ, các chấtthải công-nông nghiệp và sing hoat Các chất thải này xâm nhập dễ dàng vào rễcủa một số loại cây trồng dẫn đến làm giảm sự sinh trưởng và phát triển củavây

2.6 Tổng quan về vi sinh vật

2.6.1 Vi khuẩn :

Vi khuẩn (tiếng Anh và tiếng La Tinh là bacterium, số nhiều bacteria) đôi khi cònđược gọi là vi trùng, nó thuộc loại ký sinh trùng Vi khuẩn là một nhóm sinh vật đơnbào, có kích thước nhỏ (kích thước hiển vi) và thường có cấu trúc tế bào đơn giản

không có nhân, bộ khung tế bào (cytoskeleton) và các bào quan như ty thể và lục lạp.

Cấu trúc tế bào của vi khuẩn được miêu tả chi tiết trong mục sinh vật nhân sơ vì vikhuẩn là sinh vật nhân sơ, khác với các sinh vật có cấu trúc tế bào phức tạp hơn gọi làsinh vật nhân chuẩn

Vi khuẩn là nhóm hiện diện đông đảo nhất trong sinh giới Chúng hiện diện khắp nơitrong đất, nước và ở dạng cộng sinh với các sinh vật khác Nhiều tác nhân gây bệnh

(pathogen) là vi khuẩn Hầu hết vi khuẩn có kích thước nhỏ, thường chỉ khoảng 5.0 μm, mặc dù có loài có đường kính đến 0,3mm ( Thiomargarita ) Chúng thường có

0.5-vách tế bào, như ở tế bào thực vật và nấm, nhưng với thành phần cấu tạo rất khác biệt

(peptidoglycan) Nhiều vi khuẩn di chuyển bằng tiên mao (flagellum) có cấu trúc khác

với tiên mao của các nhóm khác

Phân loại:

Vi khuẩn đầu tiên được quan sát bởi Antony van Leeuwenhoek năm 1683 bằng kínhhiển vi một tròng do ông tự thiết kế Tên "vi khuẩn" được đề nghị sau đó khá lâu bởiChristian Gottfried Ehrenberg vào năm 1828, xuất phát từ chữ βακτηριον trong tiếng

Hy Lạp có nghĩa là "cái que nhỏ" Louis Pasteur (1822-1895) và Robert Koch 1910) miêu tả vai trò của vi khuẩn là các thể mang và gây ra bệnh hay tác nhân gâybệnh

(1843-Ban đầu vi khuẩn hay vi trùng (microbe) được coi là các loại nấm có kích thước hiển

vi (gọi là schizomycetes), ngoại trừ các loại vi khuẩn lam (cyanobacteria) quang hợp,

được coi là một nhóm tảo (gọi là cyanophyta hay tảo lam) Phải đến khi có nhữngnghiên cứu về cấu trúc tế bào thì vi khuẩn mới được nhìn nhận là một nhóm riêng khácvới các sinh vật khác Vào năm 1956 Hebert Copeland phân chúng vào một giới

(kingdom) riêng là Mychota, sau đó được đổi tên thành Sinh vật khởi sinh (Monera), Sinh vật nhân sơ (Prokaryota), hay Vi khuẩn (Bacteria) Trong thập niên 1960, khái niệm này được xem xét lại và vi khuẩn (bây giờ gồm cả cyanbacteria) được xem như

là một trong hai nhóm chính của sinh giới, cùng với sinh vật nhân chuẩn Sinh vật

nhân chuẩn được đa số cho là đã tiến hóa từ vi khuẩn, và sau đó cho rằng từ một nhóm

vi khuẩn hợp lại

Sự ra đời của phân loại học phân tử đã làm lung lay quan điểm này Năm 1977, CarlWoese chia sinh vật nhân sơ thành 2 nhóm dựa trên trình tự 16S rRNA, gọi là vực Vi

khuẩn chính thức (Eubacteria) và Vi khuẩn cổ Archaebacteria Ông lý luận rằng hai

nhóm này, cùng với sinh vật nhân chuẩn, tiến hóa độc lập với nhau và vào năm 1990

nhấn mạnh thêm quan điểm này bằng cách đưa ra hệ phân loại 3 vực (three-domain

system), bao gồm Vi khuẩn (Bacteria), Vi khuẩn cổ (Archaea) và Sinh vật nhân chuẩn

(Eucarya) Quan điểm này được chấp nhận rộng rãi giữa các nhà sinh học phân tử nhưng cũng bị chỉ trích một một số khác, cho rằng ông đã quan trọng hóa vài khác biệt

di truyền và rằng cả vi khuẩn cổ và sinh vật nhân chuẩn có lẽ đều phát triển

Sinh sản:

Vi khuẩn chỉ sinh sản vô tính (asexual reproduction), không sinh sản hữu tính (có tái

tổ hợp di truyền) Cụ thể hơn, chúng sinh sản bằng cách chia đôi (binary fission), haytrực phân Trong quá trình này, một tế bào mẹ được phân thành 2 tế bào con bằng cáchtạo vách ngăn đôi tế bào mẹ

Tuy nhiên, mặc dù không có sinh sản hữu tính, những biến đổi di truyền (hay đột biến)vẫn xảy ra trong từng tế bào vi khuẩn thông qua các hoạt động tái tổ hợp di truyền Do

đó, tương tự như ở các sinh vật bậc cao, kết quả cuối cùng là vi khuẩn cũng có đượcmột tổ hợp các tính trạng từ hai tế bào mẹ Có ba kiểu tái tổ hợp di truyền đã đượcphát hiện ở vi khuẩn:

1 Biến nạp (transformation): chuyển DNA trần từ một tế bào vi khuẩn sang tế bàokhác thông qua môi trường lỏng bên ngoài, hiện tượng này gồm cả vi khuẩnchết

2 Tải nạp (transduction): chuyển DNA của virus, vi khuẩn, hay cả virus lẫn vikhuẩn, từ một tế bào sang tế bào khác thông qua thể thực khuẩn (bacteriophage).

3 G iao nạp (conjugation): chuyển DNA từ vi khuẩn này sang vi khuẩn khác thôngqua cấu trúc protein gọi là pilus (lông giới tính)

Vi khuẩn, sau khi nhận được DNA từ một trong những cách trên, sẽ tiến hành phânchia và truyền bộ gene tái tổ hợp cho thế hệ sau Nhiều vi khuẩn còn có plasmid chứaDNA nằm ngoài nhiễm sắc thể (extrachromosomal DNA) Dưới điều kiện thích hợp,

vi khuẩn có thể tạo thành những khúm thấy được bằng mắt thường, chẳng hạn nhưbacterial mat

Quá trình trao đổi chất:

Các vi khuẩn có rất nhiều kiểu trao đổi chất khác nhau Vi khuẩn dị dưỡng

(heterotroph) phải dựa vào nguồn cácbon hữu cơ bên ngoài, và tất cả các vi khuẩn gây bệnh đều là các vi khuẩn dị dưỡng Trong khi các vi khuẩn tự dưỡng (autotroph) có

khả năng tổng hợp chất hữu cơ từ CO2 và nước Các vi khuẩn tự dưỡng thu nhận nănglượng từ phản ứng ôxy hóa các hợp chất hóa học gọi là vi khuẩn hóa dưỡng

(chemotroph), và những nhóm thu năng lượng từ ánh sáng, thông qua quá trình quang hợp, được gọi là vi khuẩn quang dưỡng (phototroph) Có nhiều cách khác để gọi hai

nhóm theo thuật ngữ tiếng Anh, ví dụ như chemoautotroph và photosynthesisautotroph, v.v Ngoài ra, các vi khuẩn còn được phân biệt nhờ vào nguồn chất khử màchúng sử dụng Những nhóm sử dụng hợp chất vô cơ (như nước, khí hiđrô, sulfua và

ammonia) làm chất khử được gọi là vi khuẩn vô cơ dưỡng (lithotroph) và những nhóm

cần hợp chất hữu cơ (như đường, axit hữu cơ) được gọi là vi khuẩn hữu cơ dưỡng

(organotroph) Những kiểu trao đổi chất dựa vào nguồn năng lượng (quang dưỡng hay

hóa dưỡng), nguồn chất khử (vô cơ dưỡng hay hữu cơ dưỡng) và nguồn cácbon (tự

dưỡng hay dị dưỡng) có thể được kết hợp khác nhau trong từng tế bào, và nhiều loài

có thể thường xuyên chuyển từ kiểu trao đổi chất này sang kiểu trao đổi chất khác

Vi khuẩn quang vô cơ tự dưỡng bao gồm vi khuẩn lam (cyanobacteria), là một trong

những loài cổ nhất được biết đến từ hóa thạch và có lẽ đã đóng một vai trò quan trọngtrong việc tạo ra nguồn ôxy cho khí quyển Trái Đất Chúng là những tiên phong trong

việc sử dụng nước như là nguồn electron vô cơ (lithotrophic) và là sinh vật đầu tiên

dùng bộ máy quang hợp để phân rã nước Những vi khuẩn quang hợp khác dùng cácnguồn electron khác nên không tạo ra ôxy Những vi khuẩn quang dưỡng không tạoôxy nằm trong bốn nhóm phân loại: vi khuẩn lục lưu huỳnh, vi khuẩn lục không dùnglưu huỳnh, vi khuẩn tía và heliobacteria

Những chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển bình thường gồm nitơ, lưu hùynh,phôtpho, vitamin và các nguyên tố kim loại như natri, kali, canxi, ma-nhê, mangan,sắt, kẽm, côban, đồng, nikel Vài loài cần thêm một số nguyên tố vết khác như[[selen], tungsten, vanađi hay bo

Dựa vào phản ứng với ôxy, hầu hết các vi khuẩn có thể được xếp vào 3 nhóm: một số

chỉ có thể mọc khi có sự hiện diện của ôxy được gọi là vi khuẩn hiếu khí (aerobe); một

số khác chỉ có thể mọc khi không có ôxy được gọi là vi khuẩn kị khí (anaerobe); và

một số lại có thể sống cả khi có hay không có sự hiện diện của ôxy thuộc nhóm vi

khuẩn kị khí tùy ý (facultative anaerobe) Các vi khuẩn không sử dụng ôxy nhưng vẫn

có thể mọc khi có sự hiện diện của ôxy gọi là vi khuẩn chịu oxy (aerotolerant) Những

vi khuẩn có thể mọc tốt trong môi trường khắc nghiệt đối với con người được gọi làextremophile (vi khuẩn chịu cực hạn) Một số vi khuẩn sống trong suối nước nóng

được gọi là vi khuẩn chịu nhiệt (thermophile); một số khác sống trong hồ nước rất mặn gọi là vi khuẩn chịu mặn (halophile); trong khi đó có loài lại sống trong môi trường

acid hay kiềm gọi là vi khuẩn chịu axit (acidophile) hay vi khuẩn chịu kiềm (alkaliphile) và còn một số sống trong các băng hà trong dãy núi Alps gọi là vi khuẩn chịu hàn (psychrophile).

Nhóm phân loại và đặc điểm nhận biết:

Hình 2.1 Hình dạng của vi khuẩn

Vi khuẩn có nhiều hình dạng khác nhau:

A Hình que - trực khuẩn (Bacillus)

B Hình cầu (coccus) tạo thành chuỗi (strepto-) - liên cầu khuẩn (Streptococcus)

C Hình cầu tạo đám (staphylo-) - tụ cầu khuẩn (Staphylococcus).

D Hình xoắn - xoắn khuẩn (Spirillum, Spirochete)

F Hình dấu phẩy - phẩy khuẩn (Vibrio)

Vi khuẩn có D Hình tròn sóng đôi (diplo-) - song cầu khuẩn (Diplococcus)

E nhiều hình dạng khác nhau Đa số có hình que, hình cầu, hay hình xoắn; những vi khuẩn có hình dạng như vậy được gọi theo thứ tự là trực khuẩn (bacillus), cầu khuẩn (coccus), và xoắn khuẩn (spirillum) Một nhóm khác nữa là phẩy khuẩn (vibrio) có hình dấu phẩy Hình dạng không còn được coi là một tiêu chuẩn định danh vi khuẩn, tuy nhiên có rất nhiều chi được đặt tên theo hình dạng (ví dụ như Bacillus,

Streptococcus, Staphylococcus) và nó là một điểm quan trọng để nhận dạng các chi này

Một công cụ quan trọng để nhận dạng khác là nhuộm Gram, đặt theo tên của HansChristian Gram, người phát triển kĩ thuật này Nhuộm Gram giúp phân vi khuẩn thành

2 nhóm, dựa vào thành phần cấu tạo của vách tế bào Khi đầu tiên chính thức sắp xếpcác vi khuẩn vào từng ngành, người ta dựa chủ yếu vào phản ứng này:

• Gracilicutes - vi khuẩn có màng tế bào thứ cấp chứa lipid, nhuộm Gram âm tính(nói gọn là vi khuẩn Gram âm)

• Firmicutes - vi khuẩn có một màng tế bào và vách pepticoglycan dày, nhuộmGram cho kết quả dương tính (Gram dương)

• Mollicutes - vi khuẩn không có màng thứ cấp hay vách, nhuộm Gram âm tính Các vi khuẩn cổ (archeabacteria) trước đây được xếp trong nhóm Mendosicutes Như

đã nói ở trên, ngành này không còn đại diện cho những nhóm có quan hệ tiến hóa nữa.Hầu hết vi khuẩn Gram dương được xếp vào ngành Firmicutes và Actinobacteria, là

hai ngành có quan hệ gần Tuy nhiên, ngành Firmicutes đã được định nghĩa lại và baogồm cả mycoplasma (Mollicutes) và một số vi khuẩn Gram âm.

Đặc tính của xạ khuẩn là khả năng tiết kháng sinh (antibiotic), dùng làm thuốc điều trị

bệnh cho người và gia súc và cây trồng Xạ khuẩn còn có khả năng sinh ra các vitaminthuộc nhóm B, một số acid amin và các acid hữu cơ Xạ khuẩn còn có khả năng tiết racác enzym (proteas, amylaz ) và trong tương lai có thể dùng xạ khuẩn để chế biếnthực phẩm thay cho nấm và vi khuẩn vì nấm có thể sinh ra aflatonxin độc cho người

và gia súc

Xạ khuẩn (Actinomycetes) :

Xạ khuẩn thuộc nhóm Procaryotes, có cấu tạo nhân đơn giản giống như vi khuẩn Tuyvậy, đa số tế bnào xạ khuẩn lại có cấu tạo dạng sợi, phân nhánh phức tạp và có nhiềumàu sắc giống như nấm mốc

 Hình thái và kích thước:

Đa số xạ khuẩn có cấu tạo dạng sợi, các sợi kết với nhau tạo thành khuẩn lạc ,

có nhiều màu sắc khác nhau: trắng,vàng, nâu, tím, xám v.v Màu sắc

của xạ khuẩn là một đặc điểm phân loại quan trọng Đường kính sợi của xạkhuẩn khoảng từ 0,1 - 0,5 μm Có thể phân biệt được hai loại sợi khác nhau.

Sợi khí sinh là hệ sợi mọc trên bề mặt môi trường tạo thành bề mặt của khuẩn lạc xạ khuẩn Từ đây phát sinh ra bào tử Sợi cơ chất là sợi cắm sâuvào môi trường làm nhiệm vụ hấp thu chất dinh dưỡng Sợi cơ chất sinh ra sắc

tố thấm vào môi trường, sắc tố này thường có màu khác với màu của sợi khísinh Đây cũng là một đặc điểm phân loại quan trọng

Một số xạ khuẩn không có sợi khí sinh mà chỉ có sợi cơ chất, loại sợi này làmcho bề mặt xạ khuẩn nhẵn và khó tách ra khi cấy truyền Loại chỉ có sợi khísinh thì ngược lại, rất dễ tách toàn bộ khuẩn lạc khỏi môi trường

Hình 2.2 Khuẩn lạc xạ khuẩn

Khuẩn lạc xạ khuẩn thường rắn chắc, xù xì, có thể có dạng da, dạng phấn, dạngnhung, dạng vôi phụ thuộc vào kích thước bào tử Trường hợp không có sợi khísinh khuẩn lạc có dạng màng dẻo Kích thước khuẩn lạc thay đổi tuỳ loài xạkhuẩn và tuỳ điều kiện nuôi cấy Khuẩn lạc thường có dạng phóng xạ (vì thế

mà gọi là xạ khuẩn), một số có dạng những vòng tròn đồng tâm cách nhau mộtkhoảng nhất định Nguyên nhân của hiện tượng vòng tròn đồng tâm là do xạkhuẩn sinh ra chất ức chế sinh trưởng, khi sợi mọc qua vùng này chúng sinhtrưởng yếu đi, qua được vùng có chất ức chế chúng lại sinh trưởng mạnh thànhvòng tiếp theo, vòng này lại sinh ra chất ức chế sinh trưởng sát với nó khiếnkhuẩn ty lại phát triển yếu đi Cứ thế tạo thành khuẩn lạc có dạng các vòng trònđồng tâm

 Cấu tạo tế bào:

Khuẩn lạc xạ khuẩn tuy có dạng sợi phân nhánh phức tap đan xen nhau nhưngtoàn bộ hệ sợi chỉ là một tế bào có nhiều nhân, không có vách ngăn ngang Giống như

vi khuẩn, nhân thuộc loại đơn giản, không có màng nhân

Thành tế bào xạ khuẩn giống với thành tế bào vi khuẩn gram + Màng tế bào chất dàykhoảng 50 nm và có cấu trúc tương tự như màng tế bào chất của vi khuẩn Nhân không

có cấu trúc điển hình, chỉ là những nhiễm sắc thể không có màng Khi còn non, toàn

bộ tế bào chỉ có một nhiễm sắc thể sau đó hình thành nhiều hạt rải rác trong toàn bộ hệkhuẩn ty (gọi là hạt Cromatin)

 Sinh sản:

Xạ khuẩn sinh sản sinh dưỡng bằng bào tử Bào tử được hình thành trên các nhánhphân hoá từ khuẩn ty khí sinh gọi là cuống sinh bào tử Cuống sinh bào tử ở các loài

xạ khuẩn có kích thước và hình dạng khác nhau Có loài dài tới 100 - 200 nm, có loàichỉ khoảng 20 - 30 nm Có loài cấu trúc theo hình lượn sóng, có loài lò xo hay xoắn

ốc Sắp xếp của các cuống sinh bào tử cũng khác nhau Chúng có thể sắp xếp theo kiểumọc đơn, mọc đôi, mọc vòng hoặc từng chùm Đặc điểm hình dạng của cuống sinhbào tử là một tiêu chuẩn phân loại xạ khuẩn

Hình 2.3 Khuẩn ty và bào tử xạ khuẩn

Bào tử được hình thành từ cuống sinh bào tử theo kiểu kết đoạn(fragmentation),hoặccắt khúc (segmentation)

- Kiểu kết đoạn:

Hạt cromatin trong cuống sinh bào tử được phân chia thành nhiều hạt phân bố đồngđều dọc theo sợi cuống sinh bào tử Sau đó tế bào chất tập trung bao bọc quang mỗihạt cromatin gọi là tiền bào tử Tiền bào tử hình thành màng tạo thành bào tử nằmtrong cuống sinh bào tử Bào tử thường có hình cầu hoặc ôvan, được giải phóng khimàng cuống sinh bào tử bị phân giải hoặc bị tách ra

- Kiểu cắt khúc:

Hạt cromatin phân chia phân bố đồng đều dọc theo cuống sinh bào tử Sau đó giữa cáchạt hình thành vách ngăn ngang, mỗi phần đều có tế bào chất Bào tử hình thành theokiểu này thường có hình viên trụ hoặc hình que

2.6.3 Nấm men:

Men là các loài nấm đơn bào, với một số ít các loài thường được sử dụng để lên menbánh mì hay trong sản xuất các loại đồ uống chứa cồn, cũng như trong một số mẫu tếbào nhiên liệu đang thử nghiệm Phần lớn các loài men thuộc về ngành Nấm túi

(Ascomycota), mặc dù có một số loài thuộc về ngành Nấm đảm (Basidiomycota) Một

số ít các loài nấm, chẳng hạn như Candida albicans, có thể gây ra nhiễm độc nấm ởngười (Candidiasis) Trên 1.000 loài men đã được miêu tả Loài men được con người

sử dụng phổ biến nhất là Saccharomyces cerevisiae, nó được dùng để sản xuất rượu

vang, bánh mì và bia từ hàng nghìn năm trước ( Theo Wikipedia)

Các loài men có thể hoặc là các vi sinh vật hiếu khí bắt buộc hoặc là các vi sinh vật kỵkhí không bắt buộc Hiện nay người ta vẫn chưa thấy có men thuộc loại kỵ khí bắtbuộc Khi thiếu ôxy, các loài men tạo ra năng lượng cho chúng bằng cách chuyển hóacác cacbohyđrat thành điôxít cacbon và êtanol (rượu) hoặc axít lactic Trong sản xuấtrượu, bia thì người ta thu lấy êtanol, còn trong việc sản xuất bánh mỳ thì điôxít cacbontạo ra độ xốp cho bánh mỳ và phần lớn êtanol bị bay hơi

Ví dụ đã đơn giản hóa quá trình phân hủy glucoza như sau:

C6H12O6 (glucoza) →2C2H5OH + 2CO2

Men có thể sinh sản vô tính thông qua mọc chồi hoặc hữu tính thông qua sự hình thành của nang bào tử Trong quá trình sinh sản vô tính, chồi mới phát triển từ men mẹ khi

các điều kiện thích hợp và sau đó, khi chồi đạt tới kích thước của men trưởng thành thì

nó tách ra khỏi men mẹ Khi các điều kiện dinh dưỡng kém các men có khả năng sinhsản hữu tính sẽ tạo ra các nang bào tử Các men không có khả năng đạt được chu trìnhsinh sản hữu tính đầy đủ được phân loại trong chi Candida

Nảy chồi là cách sinh sản vô tính điển hình của nấm men Khi đó thành tế bào mở ra

để tạo ra một chồi (bud) Chồi phát triển thành tế bào con và có thể tách khỏi tế bào

mẹ ngay từ khi còn nhỏ hoặc cũng có thể vẫn không tách ra ngay cả khi lớn bằng tế bào mẹ Nhiều khi nhiều thế hệ vẫn dính vào một tế bào đầu tiên nẩy chồi và tạo thànhmột cành nhiều nhánh tế bào trong giống như cây xương rồng Chồi có thể mọc ra theobất kỳ hướng nào (nẩy chồi đa cực- multilateral budding) hoặc chỉ nẩy chồi ở hai cực (nẩy chồi theo hai cực- Bipolar budding) hoặc chỉ nảy chồi ở một cực nhất định (nẩy chồi theo một cực – monopolar budding) Nấm men còn có hình thức sinh sản phân cắtnhư vi khuẩn Có thể hình thành một hay vài vách ngăn để phân cắt tế bào mẹ thành những tế bào phân cắt (fission cells) Điển hình cho kiểu phân cắt này là các nấm men

thuộc chi Schizosaccharomyces Ở một số nấm men thuộc ngành Nấm đảm, có thể

sinh ra dạng bào tử có cuống nhỏ (sterigmatoconidia) hoặc bào tử bắn (ballistoconidia

hay ballistospore) Bào tử có cuống nhỏ thường gặp ở các chi nấm men Fellomyces,

Kockovaella và Sterigmatomyces, khi đó chồi sinh ra trên một nhánh nhỏ và tách ra

khi nhánh bị gẫy Bào tử bắn được sinh ra trên một gai nhọn của tế bào nấm men và bị bắn ra phí đối diện khi thành thục Nếu cấy các nấm men sinh bào tử bắn thành hình zich zắc trên thạch nghiêng hoặc trên đĩa Petri thì sau một thời gian nuôi cấy sẽ thấy xuất hiện trên thành ống nghiệm hoặc nắp đĩa Petri có một hình zích zắc khác được hình thành bởi các bào tử bắn lên Bào tử bắn là đặc điểm của nấm men thuộc các chi

Bensingtonia, Bullera, Deoszegia, Kockovaella, Sporobolomyces Một số nấm men